包括應急供電系統的燃氣渦輪發電系統的製作方法
2023-06-11 10:02:36
包括應急供電系統的燃氣渦輪發電系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及包括應急供電系統的燃氣渦輪發電系統。一種燃氣渦輪發電系統，包括具有作為冷卻劑的氫的氫冷卻發電機(3)、設備氫儲存器(4)、發電機輔機(5)和包括將氫用作燃料的燃料電池(2)的應急供電系統(1)。其特徵在於，燃料電池(2)在來自於燃氣渦輪發電系統的供電故障或中斷的情況下經由管線(20)而供有來自於氫冷卻發電機(3)的氫填充的氫燃料。在優選實施例中，燃料電池(2)在來自於燃氣渦輪發電系統的供電故障或中斷的情況下經由出自設備氫儲存器(4)的管線(40)而供有附加的氫且/或經由出自發電機輔機(5)的管線(50)而供有附加的氫。
【專利說明】包括應急供電系統的燃氣渦輪發電系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種包括應急供電系統的燃氣渦輪發電系統，更確切地說是一種在燃氣渦輪發電系統中提供不間斷供電的應急供電系統。
【背景技術】
[0002]在用於大規模發電應用的發電系統中，燃氣渦輪通常用於驅動同步發電機，其提供系統的電力輸出。由於電輸出不間斷是最重要的，尤其是在可導致完全停電或局部停電的暫時狀況和應急狀況中，故這些發電系統通常配備有應急供電系統，其為獨立發電系統，確保了在故障或中斷的情況下的不間斷供電。
[0003]不間斷供電(UPS)系統是現有技術中的已知應急供電系統，其在由發電系統提供的主供應間斷或不可接受的狀態的情況下自動地提供應急電力至關鍵應用而沒有延遲或瞬變。通常，基本的UPS系統包括電池、充電器和逆變器，使得電池提供補充來自於發電系統的主供電所需的供電，因此保持了提到的供電的安全性。
[0004]然而，在所需的供電超過典型UPS系統中包括的一個或多個電池的容量的情況下，需要安裝另外的獨立發電系統。通常，該獨立發電系統包括稱為備用柴油發電機的柴油發電機，其為柴油發動機與發電機(通常交流發電機)的組合來生成電能。因此，在此情況下，應急供電系統包括UPS和備用柴油發電機兩者。然而，這些應急系統的問題在於它們複雜、昂貴且需要發電系統布置中的較大空間。此外，在故障或中斷出現之後，僅如果UPS系統再次可用，則允許發電系統的重啟，意味著UPS中的電池需要充電，導致高成本和耗時的過程。
[0005]在現有技術中已知的是使用用於提供不間斷供電的燃料電池，提供了小空間中的較長運行時間。燃料電池將化學能從燃料通過化學反應轉換成電。燃料電池與電池的差別在於，它們需要恆定的燃料和氧的來源來運行，但只要供應這些輸入，它們就可連續地產生電。用於不間斷供電的燃料電池是現有技術中已知的，如按照JP 2004129337(A)、JP8236134(A)、CN 202034819 (U)或 WO 01/71885A1。
[0006]US 6, 992, 401 BI公開了一種用於電信設施的不間斷應急供電系統,其包括質子交換膜燃料電池，其供有氫作為燃料，該燃料儲存在現場用於在來自於外部源的供電和來自於微型燃氣渦輪的供電的故障的情況下立即使用。
[0007]在US 2007/057510 Al中為用於電信設施的不間斷應急系統，其描述為具有燃料電池，燃料電池在主AC供電(例如，微型燃氣渦輪發電機)停工的情況下經由供應儲存罐而供有氫。
[0008]包括燃料電池和燃氣渦輪的組合發電系統從文獻US 5，482，791中獲知:燃料電池生成電力，其與由燃氣渦輪驅動的發電機生成的電力一起發送至電力系統。然而，這些電力的一部分由驅動空氣壓縮機的電動機消耗，空氣壓縮機是供給燃料電池所需的，故該發電系統的效率降低，且在操作燃氣渦輪的較大需求的情況下需要其它燃料電池，這是昂貴的且使得系統更複雜。[0009]本發明旨在解決現有技術中的上文提到的缺點和局限性，這將進一步詳細闡述。
【發明內容】
[0010]本發明涉及一種燃氣渦輪發電系統，其包括具有作為冷卻劑的氣態氫的氫冷卻發電機、設備氫儲存器、發電機輔機和提供不間斷供電的應急供電系統。根據本發明的應急供電系統包括將氫用作燃料的燃料電池，其中燃料電池在來自於燃氣渦輪發電系統的供電故障或中斷的情況下經由單獨的管線而供有來自於氫冷卻發電機的氫填充的氫燃料。
[0011]根據本發明的實施例，在來自於燃氣渦輪發電系統的供電故障或中斷的情況下，燃料電池經由出自設備氫儲存器的管線而供有附加的氫且/或經由出自發電機輔機的管線而供有附加的氫。
[0012]利用本發明的系統，獲得了設備要求和空間要求兩者的降低。此外，在供電中出現故障或中斷之後，提高了燃氣渦輪發電系統的可用性。
[0013]根據本發明的應急供電系統可構造為在燃氣渦輪發電系統中提供應急電力的不間斷供電(UPS)。
[0014]本發明的應急供電系統還可構造為供給燃氣渦輪發電系統的獨立發電系統。
[0015]此外，根據本發明的應急供電系統可構造為不間斷供電(UPS)系統和獨立發電系統，兩者構造成一個系統且在燃氣渦輪發電系統內使用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]本發明的前述目的和許多伴隨的優點將變得更容易認識到，因為在連同附圖參照以下詳細描述時，其將變得更好理解，在附圖中:
圖1示意性地示出了根據本發明的燃氣渦輪發電系統。
[0017]符號列表
I應急供電系統 2燃料電池 3氫冷卻發電機 4設備氫儲存器
5用於氫供應(氣體單元)的發電機輔機 10應急供應網
20出自氫冷卻發電機3的氫供應管線 40出自設備氫儲存器4的氫供應管線 50出自發電機輔機5的氫供應管線 60獨立供電。
【具體實施方式】
[0018]本發明涉及一種提供不間斷供電的燃氣渦輪發電系統。燃氣渦輪發電系統包括氫冷卻發電機3，其包括作為冷卻劑的氣態氫。在設備的正常發電操作期間，用於氫冷卻發電機3的氫從設備氫儲存器4供應至發電機輔機5。在發電機輔機5 (氣體單兀)中，氫被供應、調節、清潔並冷卻用於其在氫冷卻發電機3中的應用。[0019]本發明的應急供電系統I包括氫類型(使用氫作為燃料)的燃料電池2，使得在燃氣渦輪發電系統中的供電故障或中斷期間，氫冷卻發電機3的氫填充轉移至燃料電池2(見圖1中的供氧管線20)，因此由應急供應網10(見圖1)來提供不間斷供電。
[0020]大型燃氣渦輪發電設備配備有氫冷卻發電機3:在供電故障或中斷期間，填充該氫冷卻發電機3的氫必須通過用惰性氣體和C02衝洗隨後由環境空氣替換來排放至環境。從氫、惰性氣體和C02來衝洗氫冷卻發電機3通常為需要最長的時間來使燃氣渦輪發電設備進入安全狀態的過程。因此，利用本發明的系統，該耗時的過程轉移且用於藉助於供應管線20而提供針對燃料電池2的電力，因此提供了更有效的系統。
[0021]燃料電池2包括陽極(負側)、陰極(正側)和電解液，該電解液允許電荷在燃料電池2的兩側之間移動，使得電子經由外部電路而從陽極向陰極移動，產生直流電。
[0022]出於以下若干原因，氫而非空氣優選在發電機3中使用:
-固有的更好熱傳遞特徵(比空氣好14倍)；
-在更高氫壓力下的更好熱傳遞；
-比空氣更少的阻力和摩擦損失；
-以增大的氫壓力抑制局部放電；
-發電機構件的擊穿電壓的顯著增大。
[0023]根據本發明的實施例，應急供電系統I中的燃料電池2在供電故障或中斷的情況下供有填充氫冷卻發電機3 (供應管線20)的轉移的氫，且還供有來自於設備氫儲存器4 (供應管線40)的氫或供有來自於發電機輔機5 (供應管線50)的氫。應急供電系統I可構造為在燃氣渦輪發電系統(應急供應網10)中提供應急電力的不間斷供電(UPS)系統。
[0024]應急供電系統I還可構造成藉助於獨立供電60(圖1)而供給燃氣渦輪發電系統的獨立發電系統(圖1)。
[0025]此外，應急供電系統I可構造為不間斷供電(UPS)系統(應急供應網10)和獨立發電系統(獨立供電60)，兩者構造成一個系統，且在燃氣渦輪發電系統內使用(這是實際上在所附的附圖1所示的構造)。
[0026]儘管已經關於優選實施例完整描述了本發明，但很明顯，改型可引入其範圍內，並未將這認作是由這些實施例限制，而是由所附權利要求的內容限制。
【權利要求】
1.一種燃氣渦輪發電系統，包括具有作為冷卻劑的氫的氫冷卻發電機(3)、設備氫儲存器(4)、發電機輔機(5)和應急供電系統(I)，該應急供電系統(I)包括將氫用作燃料的燃料電池(2)，其特徵在於，所述燃料電池(2)在來自於所述燃氣渦輪發電系統的供電故障或中斷的情況下經由管線(20)而供有來自於所述氫冷卻發電機(3)的氫填充的氫燃料。
2.根據權利要求1所述的燃氣渦輪發電系統，其特徵在於，所述燃料電池(2)在來自於所述燃氣渦輪發電系統的供電故障或中斷的情況下經由出自所述設備氫儲存器(4)的管線(40)而供有附加的氫且/或經由出自發電機輔機(5)的管線(50)而供有附加的氫。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的燃氣渦輪發電系統，其特徵在於，應急供電系統(I)構造為提供用於所述燃氣渦輪發電系統的應急電力的不間斷供電(UPS)系統。
4.根據權利要求1或權利要求2所述的燃氣渦輪發電系統，其特徵在於，所述應急供電系統(I)構造為供給所述燃氣渦輪發電系統的獨立發電系統。
5.根據權利要求1或權利要求2所述的燃氣渦輪發電系統，其特徵在於，應急供電系統(I)構造為不間斷供電(UPS)系統和獨立發電系統，兩者構造成一個系統且用於供給所述燃氣渦輪發電系統。
【文檔編號】H01M8/04GK103967619SQ201410041598
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月28日 優先權日:2013年1月28日
【發明者】A.哈爾姆斯, W.朗 申請人:阿爾斯通技術有限公司